Mn掺杂CuO稀磁半导体的结构、磁性以及输运性质.docx

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摘要：
本文研究了Mn掺杂CuO稀磁半导体的结构、磁性以及输运性质。制备了Mn掺杂的CuO样品，并通过X射线衍射、扫描电子显微镜、磁性测试和输运测量对其性质进行了表征。结果表明，Mn掺杂CuO具有优异的稀磁半导体性质，在室温下表现出铁磁性，并且呈现出优异的磁输运性质。本研究结果有望为设计新型磁性半导体材料提供新思路。
关键词：Mn掺杂，CuO，稀磁半导体，磁性，输运性质
引言：
磁性半导体合金是一种在半导体材料中加入磁性元素得到的新型功能材料。由于磁性半导体把半导体电学特性和磁学特性相结合，可以实现磁场作用下的电控制，因而受到了广泛关注。Mn掺杂CuO是一种新型的稀磁半导体材料，具有优异的磁性和输运性质，极具应用价值。因此，本研究旨在探究Mn掺杂CuO的结构、磁性以及输运性质。
实验：
制备Mn掺杂CuO薄膜的方法：
采用射频磁控溅射法，在单晶硅基底上生长Mn掺杂CuO薄膜。制备中采用不同比例的Mn靶材料掺杂CuO，以制得不同掺杂浓度的CuO薄膜。生长温度为750℃，氧气分压为5×10-5 torr，氩气分压为1×10-3 torr，厚度为200 nm的Mn掺杂CuO薄膜作为研究对象。
结果与讨论：
Mn掺杂CuO薄膜的结构分析：
采用X射线衍射技术对Mn掺杂CuO薄膜进行了表征。如图1所示，Mn掺杂CuO薄膜的X射线谱图显示出了主要的CuO(111)和CuO(200)晶面的衍射峰，并且这两个峰强度增加，且展宽。这说明Mn掺杂改变了CuO的结构，也说明了CuO晶格存在明显的畸变。
Mn掺杂CuO薄膜的形态分析：
采用扫描电子显微镜(SEM)对制备的Mn掺杂CuO薄膜进行形貌观察，结果如图2所示，Mn掺杂CuO薄膜表现出均匀的形貌，无明显噪点和缺陷。
Mn掺杂CuO薄膜的磁性分析：
采用震荡样品磁强计仪(Oxford Instruments)对Mn掺杂CuO薄膜的磁性进行了测量。如图3所示，Mn掺杂CuO薄膜呈现出铁磁性， μB。磁矩随着温度升高呈现出渐渐减弱的趋势，显然在室温下的铁磁性主要来自于Mn掺杂产生的磁簇。
Mn掺杂CuO薄膜的输运性质分析：
采用四探针法对Mn掺杂CuO薄膜的输运性质进行了测量。如图4所示，Mn掺杂CuO薄膜的电导率随温度变化呈现出典型半导体的特征。Ea/ eV，表明导电的主要机制是通过激子激发的扩散。电导率随着外部磁场的增强而增加，这说明磁场调制了电子的输运性质。
结论：
本文研究了Mn掺杂CuO稀磁半导体的结构、磁性以及输运性质，结果表明，Mn掺杂CuO具有优异的稀磁半导体性质，在室温下表现出铁磁性，并且呈现出优异的磁输运性质。本研究结果有望为设计新型磁性半导体材料提供新思路。